Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Đổi mới Vật liệu của Đại học Maryland đã phát triển một loại pin kẽm mới với chất điện phân chiết xuất từ vỏ cua. Chất điện giải được tạo ra từ chitosan, một dẫn xuất hóa học của Chitin được tìm thấy nhiều trong vỏ cua. Chất này có khả năng phân hủy sinh học nên 2/3 pin sẽ bị phân hủy một cách tự nhiên mà không để lại bất kỳ sản phẩm độc hại nào.
Theo nghiên cứu, pin từ vỏ cua có hiệu suất năng lượng 99,7% sau 1000 chu kỳ pin, làm cho nó trở thành một lựa chọn khả thi để lưu trữ năng lượng do gió và mặt trời tạo ra để chuyển vào lưới điện.
Sự lựa chọn thay thế thân thiện với môi trường
Hiện tại, pin lithium-ion (LIB) được sử dụng rộng rãi làm thiết bị lưu trữ năng lượng nhờ mật độ năng lượng cao và độ ổn định của chu kỳ. Thị trường LIB được dự báo sẽ tăng từ 30 tỷ USD vào năm 2017 lên 100 tỷ USD vào năm 2025.
Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra là sự gia tăng này đi kèm với sự đánh đổi chi phí môi trường. Số lượng lớn pin đang được sản xuất và tiêu thụ, làm tăng khả năng xảy ra các vấn đề môi trường. Chẳng hạn như các chất phân tách bằng polypropylene và polycarbonate, được sử dụng rộng rãi trong pin Lithium-ion, phải mất hàng trăm hoặc hàng nghìn năm để phân hủy và gây thêm gánh nặng cho môi trường.
Trong nghiên cứu mới cho thấy, Chitosan có nguồn gốc từ Chitin, một loại polyme phong phú nhất trong tự nhiên. Nó được tìm thấy trong vỏ ngoài của động vật giáp xác, bao gồm cua, tôm, tôm hùm, bộ xương ngoài côn trùng và thành tế bào nấm. Vỏ cua là một nguồn sẵn có vì chúng hiện đang bị vứt bỏ làm chất thải thực phẩm.
Điều đáng nói là hàng năm, ngành công nghiệp thực phẩm tạo ra từ sáu đến tám triệu tấn chất thải từ vỏ cua, tôm và tôm hùm, khiến chất thải giáp xác trở thành một nguồn chitosan tái tạo, chi phí thấp. Vì thế các chuyên gia nghiên cứu đã sử dụng chitosan như một chất điện phân dạng gel để làm cho pin bền hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Có thể tận dụng các loại vỏ tôm cua thải loại trong công nghiệp để chế tạo pin
Chất điện phân đóng vai trò là môi trường cho phép vận chuyển ion giữa thiết bị đầu cuối âm và dương của tế bào. Chất điện phân có thể là chất lỏng , hồ hoặc gel, và nhiều loại pin sử dụng hóa chất dễ bắt lửa hoặc ăn mòn làm chất điện phân.
Chitosan bị phân hủy một cách tự nhiên bởi các vi sinh vật, có nghĩa là pin có thể đơn giản bị chôn vùi trong đất khi hết tuổi thọ, nơi nó sẽ hỏng trong vòng 5 tháng. Còn kẽm ở lại có thể được tái chế.
Nguồn pin vỏ cua mới sẽ sớm có nếu công nghệ được cải thiện
Thách thức với LIB là tìm nguồn cung ứng nguyên liệu thô, chủ yếu là liti và coban. Điều này đang tạo ra rủi ro rất lớn, vì tính chất khan hiếm của những nguyên liệu thô này có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt trên diện rộng.
Kẽm là nguyên liệu thô dồi dào hơn lithium, nghĩa là pin làm từ kẽm có thể rẻ hơn, ít gây hại cho môi trường hơn và ít bị ảnh hưởng bởi các vấn đề về chuỗi cung ứng.
Nhóm nghiên cứu nói trên hy vọng sẽ tiếp tục nghiên cứu để sản xuất pin thân thiện hơn với môi trường, bao gồm cả quá trình sản xuất. Họ còn mong muốn trong tương lai tất cả các thành phần trong pin đều có thể phân hủy sinh học. Không chỉ bản thân vật liệu mà còn cả quá trình chế tạo vật liệu sinh học.
Có thể trước mắt, chúng ta sẽ chưa được sử dụng pin làm từ vỏ cua cung cấp năng lượng cho các thiết bị của mình, nhưng mọi thứ sẽ thay đổi khi công nghệ được cải thiện. Vì điều quan trọng với mục tiêu lâu dài, khi chúng ta muốn đạt lượng carbon thấp, là tìm ra các giải pháp thay thế sạch, an toàn và bền vững.
Nguồn interesting
